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核动力航空母舰——小国玩不起的“玩具”只有美苏真正掌握

                                                                                                   时间: 2023-10-11 16:30:01   作者: 大鱼棋牌

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核动力航空母舰——小国玩不起的“玩具”只有美苏真正掌握

  准确来说,真正将水面舰艇用核动力系统实用化的国家是美国和苏联。法国虽然有“戴高乐”号航空母舰,但这是个“野路子”,将核潜艇反应堆直接移植过来用,最后还因为财政问题裁掉一座堆,所以航速连设计的27节都跑不到。准确来说,研发水面舰艇的核动力系统第一障碍是缺钱,然后就是不想“宁缺毋滥”。什么是“宁缺毋滥”?就是不想用核潜艇的堆凑数,所以宁可没有也不搞这种东西。

  制约一个国家发展船用核动力技术的首要因素是钱。这点很好理解,本身核动力系统涉及的基础理论就处于很高的高度,需要扎实的教育水平进行支撑。另外,核动力系统本身又需要强大的工业进行支持,比如冶金、机械加工、电子、计算机等技术。上述无论是教育、工业基础、基础科研都是用重金打造,就拿当年研究的曼哈顿计划来说,耗资多达25亿美元,相当于当年65艘“埃塞克斯”级航空母舰的总造价。而美国现役的“福特”号核动力航空母舰的动力系统造价就高达15.15亿美元(2008年币值)。所以本身船用核动力系统是一个需要以经济为基础的复杂的系统性工程建设项目。而目前世界上同时具备教育、工业、基础科学研究、经济的国家本来就不超过10个,这就从根本上限制了大多数国家。

  而核动力系统中核反应需要浓缩铀进行支持,军用核反应堆为了能够更好的保证长时间续航往往采用富集度较高的浓缩铀,甚至美国海军核潜艇和核航母使用的都是90%以上的武器级浓缩铀,这就需要强大的铀浓缩能力。目前国际上比较普遍的就是气体离心法和气体扩散法。其中气体离心法是利用功率足够大的多台离心机串联对核材料进行非常快速地旋转,其中-238因为质量比较大,所以被甩到外面,而质量比较小的-235则相对集中在离心机中心,多次分离就可以收集到富集度较高的-235,再通过化学变化变回铀-235

  而气体扩散法,分子量较大运动较慢,相对质量较大的-238运动较慢,质量较小的-235运动较快能够最终靠扩散膜。

  但不管是气体扩散法还是气体离心法都是代价极大的,其中武器级离心机属于国际管制,那些单台功率不够的离心机即便串联后也无法将富集度提升到较高的层次。而气体扩散法的能耗极大,一般1200-1500次扩散才能将铀-235富集到5%左右,一般气体扩散工厂附近都会专门建立发电站。这又是制约一些国家发展船用核动力技术的一个原因。下图就是美国橡树岭国家实验室,冷战期间承担浓缩铀生产任务,利用的就是气体扩散法,而美国在冷战期间因为浓缩铀消耗了整个国家总发电量的7%。

  与核电站相比,核电站可以不考虑占用空间,可以不考虑核材料的更换和添加,可以不考虑冷却水的。但船用和核动力系统不行,因为船上空间存在限制,必须要把裂变核心、冷却系统、安全防护等等系统压缩到陆地核电站的千分之一大小,这本身就存在极大的难度,小型化技术不够要么达不到预定功率,要么达到功率但无法上舰。

  当然有朋友说用核潜艇反应堆,还是那句话:核潜艇和核动力航空母舰因为工作环境不同所以设计思路也天差地别。核潜艇本身吨位不大,基本都在2万吨以下,但要求静音性好。所以核潜艇反应堆功率都不怎么大,与蒸汽轮机配合后输出2-3万马力就足够使用,但要求静音性非常好,能够最终靠降低功率、自然循环、利用减震浮筏等克服这样一些问题。但航空母舰不一样,他不要求静音但要求足够大的功率,10万吨级的航空母舰要求输出在25万马力以上。

  历史上用核潜艇反应堆的航空母舰都不怎么样,一艘是“企业”号核动力航空母舰上使用8台A1W型核反应。另一个是法国“戴高乐”号使用2台K15型核反应堆。前者虽然功率够大,但8台堆严重挤占航空母舰内部空间。而“戴高乐”号当时计划用3台堆,但因为财政问题削减了1座,最终2台堆只有8万马力输出动力,航速才25节。总之核潜艇堆想要满足水面舰艇的需要就只能堆数量,堆数量带来的是严重占用空间、故障率增高的问题。不是说不能用,只能说不合适。所以“宁缺毋滥”还不如干脆直接研究新的船用核动力系统。

  开头我们也说了,其实真正掌握船用核动力系统的国家是美国和苏联,法国直接借用核潜艇堆并不算是能掌握这项技术的国家。美国就不用过多解释,从上世纪50年代末开始,除用潜艇堆的“企业”号核动力航空母舰之外,还有包括“长滩”级、“班布里奇”、“特拉斯科顿”、“弗吉尼亚”级核动力导弹巡洋舰。

  而苏联也有“基洛夫”级核动力导弹巡洋舰、11436“乌里扬诺夫斯克”号核动力航空母舰,虽然该舰并没有完工,但到1991年时该舰使用的KH-43-3型核反应堆及其蒸汽轮机系统已经准备就绪,随便什么时间都能安装。苏联和俄罗斯还有大量的核动力破冰船、核动力侦察船。其他几个国家的船用核动力技术根本就没有军用化,极个别的停留在试验阶段。